social

Как работает 3D-принтер? Базовые понятия и некоторые важные термины

28.02.2014  |  метки:   |  текст:

В предыдущей статье мы затронули основные принципы послойного создания объектов. В этом материале мы рассмотрим процесс 3D-печати более подробно.

Подготовка к печати

Как уже говорилось, 3D-принтеры создают реальные, осязаемые вещи из виртуальных моделей. Поэтому, в первую очередь, в программе для 3D-моделирования создается цифровая версия будущего объекта.

Пример 3D-модели — осьминог
Осьминог на фото — это не реальный предмет, а цифровая модель в среде 3D-редактора.

Затем модель обрабатывается специальной программой («слайсер» или «генератор G-кода»). Исходный объект “разрезается” на тонкие горизонтальные слои и преобразуется в цифровой код, понятный 3D-принтеру. Иными словами, слайсер создает набор команд, которые указывают 3D-принтеру, как и куда нужно наносить материал при 3D-печати данного объекта.

Пример обработки модели слайсером
На рисунке выше — пример обработки модели осьминога «слайсером». Хорошо видны слои — именно так будет укладываться материал при 3D-печати.

Итак, модель обработана, G-код сгенерирован, объект отправляется на печать.

Устройство 3D-принтера и печать объектов

Существует множество типов 3D-принтеров, различающихся по устройству и принципам работы. Однако, все эти приборы используют один и тот же базовый принцип 3D-печати — построение объекта из тонких горизонтальных слоев материала.

Схематическое изображение 3D-принтера
На рисунке выше показано схематическое устройство механизмов. Это очень упрощенная модель — она служит только для наглядной демонстрации базовых принципов работы 3D-принтера.

Печатающая головка, как ясно из названия, формирует слои материала, постепенно выращивая из них объект. Она движется только в горизонтальной плоскости (вдоль осей X и Y).

Рабочая платформа служит для размещения объекта при печати, она двигается сверху-вниз (по оси Z).

Сам по себе, процесс 3D-печати очень прост.

Пример 3D-печати. Первые слои
В начале рабочая платформа находится в верхнем положении, а печатающая головка накладывает на нее нижний слой объекта. После того как первый слой сформирован, рабочая платформа опускается на толщину слоя, и печатающая головка накладывает новый слой материала на предыдущий.
Пример 3D-печати. Следующие слои

Пример 3D-печати. Окончание постройки объекта

Этот цикл повторяется до тех пор, пока не будет построен целый объект. На фотографиях выше хорошо видно тонкие горизонтальные слои материала, из которых состоит фигурка.

Конечно, у каждой модели и, тем более, у разных типов 3D-принтеров, есть свои особенности функционирования. Но базовый принцип работы и детали устройства (координатные оси X, Y, Z, рабочая платформа и т.д.) один.

Теперь, разобравшись с основами, рассмотрим некоторые важные термины, касающиеся 3D-принтеров. Это нужно для того, чтобы, в дальнейшем, вам было проще понять, о чем идет речь.

Разрешение печати

Ключевая характеристика любого 3D-принтера — «разрешение печати». Под этим параметром понимают минимально допустимую высоту слоя материала, с которой может печатать данный 3D-принтер.

Разрешение печати принято обозначать в микрометрах (мкм, микрон), т.е. тысячной доле миллиметра.

Очевидно, что чем тоньше слои, тем менее заметен переход между ними, соответственно, поверхность объекта более гладкая, а его детали — более выразительные.

Сравнение объектов с различной высотой слоя
На фото выше показана одна и та же модель, напечатанная с разным разрешением. Хорошо видно, что объект номер 1 — самый детализированный. Далее, с увеличением толщины слоя, заметно падает качество модели, вплоть до появления раковин и дыр.

С другой стороны, чем тоньше слои, тем больше времени 3D-принтеру нужно затратить на создание объекта, тем больше нагрузка на печатающие механизмы, быстрее происходит их износ.

Разрешение печати зависит от многих факторов:

  • от технологии работы 3D-принтера (например, лазерные принтеры печатают самые детализированные модели);
  • от точности работы печатающих механизмов конкретной модели;
  • от выбранного материала для 3D-печати;
  • и, наконец, от настроек программного обеспечения.

Область печати

Еще одной важной технической характеристикой любого 3D-принтера является его рабочий объем («область печати», «зона печати» и т.д.). Именно он показывает, какого размера объекты может печатать конкретная модель 3D-принтера.

Схема — область печати 3D-принтера
На рисунке выше зеленым обозначена область печати нашего схематического 3D-принтера.

По сути, этот параметр отображает зону досягаемости (охвата) печатающей головки принтера — в горизонтальной плоскости (по осям X и Y ) и по высоте (ось Z). Т.е. объекты, умещающиеся в эту зону, принтер сможет напечатать, если их размеры больше области печати — нет.

Размер области печати принято выражать тремя цифрами: длина, ширина и высота воображаемого параллелепипеда (пример — 20 х 20 х 20 мм). Иногда, для некоторых принтеров со специфической схемой работы механики (например, дельта-принтеров), область печати представляют в виде цилиндра и указывают его диаметр и высоту. В качестве единиц измерения, как правило, используют миллиметры.

Поддерживающие конструкции

Еще один термин, который довольно часто встречается в описаниях 3D-принтеров, это «структуры поддержки» («поддерживающие конструкции», «конструкции поддержки» и т.д.).

Чтобы понять, что это такое, взгляните на картинку ниже.

Пример — модель лошади
Это цифровая модель лошади. 3D-принтер будет начинать печать снизу — с задних копыт. Их он напечатает без проблем, так как они касаются рабочей платформы. А вот как быть с остальными деталями, висящими в воздухе? Принтеру для наложения слоев материала нужна какая-то основа — поверхность рабочей платформы или предыдущие слои материала. Он не может печатать в пустоте.

В таких случаях, создаются поддерживающие конструкции.

Пример поддерживающих конструкций
Вот эта же модель лошади, но теперь, за счет добавленных прутьев, ее детали не висят в воздухе, а касаются рабочей платформы, что дает возможность 3D-принтеру их напечатать. По завершении печати объекта, поддерживающие конструкции удаляются, и лошадь остается в своем первозданном виде.

Итак, теперь мы с Вами знаем, как работает 3D-принтер. В нашей следующей статье мы детально рассмотрим виды 3D-принтеров и принципы их работы, достоинства и недостатки.
  • Задать вопрос через форму сайта

Войти с помощью: 
  • Антон Шатов пишет (28 Февраля 2014 в 16:59):
    Ответить

    Александр, поддержка для коня делалась в программе MeshMixer.
    Она бесплатна, ее можно скачать с официального сайта: meshmixer.com

  • Александр Холопов пишет (28 Февраля 2014 в 16:23):
    Ответить

    И да!
    очень хорошая идея писать такой цикл статей!

  • Александр Холопов пишет (28 Февраля 2014 в 13:16):
    Ответить

    Подскажите, пожалуйста, какую программу использовали на втором скриншоте?
    как строилась поддрежка для коня?